E-Fuels in Großmotoren

Interviews mit Expert*innen zu Methan, Vielfalt und Designer-Kraftstoffen
10.03.2020

Methan besitzt einzigartige Eigenschaften

Alexander Lehmann M.Sc. (Institut für Antriebssystemtechnik, Helmut-Schmidt-Universität) über den ottomotorischen Gasantrieb

 

Woran forschen Sie?
Gegenstand meiner Forschung ist der Betrieb des Pkw-Ottomotors mit dem Kraftstoff Methan. Hierbei werden sowohl die Vorgänge der Gemischbildung als auch die Verbrennung im Brennraum und die Emissionen im Abgas untersucht.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Sowohl die Effizienz als auch die Emissionen eines Verbrennungsmotors sind für den Landverkehr wie auch für den Schiffsverkehr von größtem Interesse. Der aktuelle Trend in der maritimen Branche geht in Richtung des Betriebs von Motoren mit LNG. Einige Aspekte aus den Untersuchungen an den Pkw-Motoren können möglicherweise auch für den Betrieb von Großmotoren interessant werden.

Was fasziniert sie daran?
Methan, welches den Großteil von Erdgas ausmacht, besitzt trotz der einfachsten Beschaffenheit unter den Alkanen einzigartige Eigenschaften, die den Ausstoß gesetzlich limitierter Abgaskomponenten eines Verbrennungsmotors signifikant senken können.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Die Antriebsgestaltung im Fahrzeugsegment befindet sich momentan in einem großen Umbruch. Hieraus wird sich eine weitere Diversität an Antrieben entwickeln, die besser an bestimmte Randbedingungen angepasst sein werden. Erdgas als Kraftstoff ermöglicht im Idealfall eine Verbrauchseinsparung von bis zu 25% gegenüber Benzin. Durch den Einsatz von synthetischem Methan kann ein Motor beinahe CO2-neutral betrieben werden. Durch den Ausbau der regenerativen Kraftstofferzeugung und die Vorgaben, den CO2-Ausstoß zu senken, könnten erdgasbetriebene Motoren (CNG) in Zukunft in allen Bereichen vertreten sein.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Man wird nie gefragt, ob man ein CNG-Auto fahren sollte, sondern nur Diesel-, Benzin- oder doch Elektroautos. Bereits jetzt ist das CNG-Fahrzeug zu einer Alternative herangewachsen, die für bestimmte Anwender sinnvoller sein kann als „konventionelle“ Antriebe.

Verbrennungskraftmaschine fit für die Zukunft machen

Dipl.-Ing. Benjamin Stengel (Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren, Universität Rostock) über CO2-Neutralität

 

Woran forschen Sie?
Wir forschen an der Nutzung CO2-neutraler Kraftstoffe in modernen Großmotoren. Auf den gesamten Transportsektor kommen in naher Zukunft große Herausforderungen zu, um die Treibhausgas-Emissionen in diesem Bereich massiv zu reduzieren.
Bedenkt man, dass Schiffe, die heute gebaut werden, auch noch in 25 Jahren in Betrieb sein werden, muss man für bestehende Technologien Möglichkeiten zur CO2-Reduktion nutzen. Batterie-elektrische Antriebe machen auf Schiffen wegen des niedrigen Energiegehalts von Batterien nur selten Sinn, Brennstoffzellen sind zu teuer und noch nicht marktreif. Aber aus regenerativem Strom, Wasser und Kohlendioxid hergestellte Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, bieten die Möglichkeit, die CO2-Emissionen im Schiffssektor signifikant zu senken, ohne den Antriebsstrang kostenintensiv ändern zu müssen. Damit dies gelingen kann, untersuchen wir, welche Auswirkungen E-Fuels auf die Verbrennung und Emissionsentstehung in Großmotoren haben und wie man deren Potenziale optimal nutzen kann.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Verglichen mit der Emissionsgesetzgebung im Onroad-Sektor, sind Schadstoffe im maritimen Bereich bislang weit weniger streng reglementiert. Dies führt insbesondere auf den Weltmeeren zur Nutzung von Rückstandskraftstoffen wie z. B. Schweröl. Das Schweröl muss an Bord des Schiffes erst aufwendig für die Nutzung im Motor erwärmt und separiert werden. E-Fuels hingegen sind sehr saubere und niedrigviskose, also dünnflüssige Kraftstoffe, die keine umfangreiche Aufbereitung an Bord benötigen. Mit E-Fuels ist zudem die Nutzung erweiterter Abgas-Nachbehandlungssysteme wie Oxidations-Katalysatoren und Partikelfilter denkbar, mit denen der Schadstoffausstoß auf Pkw-Niveau sinken könnte.
Gegenüber batterie-elektrischen Antrieben und Brennstoffzellen bieten E-Fuels ähnliche Reichweiten wie die bisher genutzten Antriebsstoffe. Die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine könnte weiterhin für Stromerzeugung und Warmwasser genutzt werden.

Was fasziniert Sie daran?
Die Begrenzung der Erderwärmung und des Klimawandels sind die zentralen Herausforderungen in den nächsten Jahrzehnten für unsere Gesellschaft. Mit unserer Forschung tragen wir aktiv dazu bei, Lösungen zu finden, um unsere Klimaziele zu erreichen. Ich finde es faszinierend, die Verbrennungskraftmaschine mit ihrem maschinenbaulichen Charme fit für eine CO2-neutrale Zukunft zu machen.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
In den nächsten fünf Jahren werden wir eine deutliche Erweiterung der Kraftstoffvielfalt sehen. Dies betrifft zunächst fossile Kraftstoffe für den maritimen Sektor durch strengere Abgasvorschriften ab 2020. Durch die zunehmende Bepreisung von Technologien anhand ihrer Gesamt-CO2-Bilanz werden E-Fuels ihren Kostennachteil kompensieren können und verstärkt in den Markt drängen. Mischbarkeit mit bestehenden Kraftstoffen und die Entwicklung kraftstoffangepasster Brennverfahren sind dabei wichtige Themen, die wir durch unsere Forschung auch in Zukunft aktiv mitgestalten werden.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Deutschland kann und muss im Bereich Klimaschutz vorausgehen. Batterie-elektrische Antriebe allein werden das Klima nicht retten, aber Teil des Prozesses sein, genau wie der Verbrennungsmotor. Hierfür wünsche ich mir in Zukunft in den Medien mehr faktenbasierte öffentliche Diskussionen und Sachverstand statt Lobbyarbeit für politische Entscheidungen.

Es wird auch noch in 30 Jahren Verbrennungsmotoren geben

Marcel Pietsch M.Sc. (Institut für Antriebssystemtechnik, Helmut-Schmidt-Universität) über alternative Dieselkraftstoffe

 

Woran forschen Sie?
Ich untersuche den Verbrennungsablauf von alternativen Dieselkraftstoffen und dessen Auswirkung auf die dieselmotorische Verbrennung. Dabei geht es um Verfahrensentwicklung und die Schaffung von Vergleichsmöglichkeiten für verschiedene Kraftstoffe. Das Ganze natürlich unter Berücksichtigung der Emissionen.

Welche Verbesserungen bringt das (für die maritime Branche)?
Der Verbrennungsmotor als Antrieb ist aus der maritimen Branche nicht wegzudenken, doch die Emissionen sind zu hoch und Notwendigkeit der Nachhaltigkeit der Kraftstoffe gelangt immer mehr in den Fokus. Nachhaltigere bis CO2-neutrale Kraftstoffe wie E-Fuels oder synthetische Kraftstoffe können hier zu einer Lösung der Abgasproblematik beitragen. Wenn man einen flüssigen fossilen Energieträger gegen einen mit einer günstigeren CO2-Bilanz tauscht, muss an Bord gar nicht so viel verändert werden, um nachhaltiger und somit „grüner“ zu fahren.

Was fasziniert Sie daran?
Mich fasziniert der zunächst simple Gedanke, etwas nicht Nachhaltiges durch etwas nachhaltigeres zu ersetzen, ohne dass die Mobilität darunter leidet. Mit der Zeit lernt man dann aber die nicht unerheblichen Schwierigkeiten kennen.

Was wird in Ihrem Forschungsbereich wichtig in den nächsten fünf Jahren?
Die Grundstoffe aus denen Kraftstoffe gewonnen werden, werden immer vielfältiger und so nimmt auch die Vielfalt der Kraftstoffe stetig zu. Es gibt viele neue Prozesse und Verfahren und wir sind mittlerweile bei sogenannten Designer-Kraftstoffen angelangt. Fachleute entwickeln die Kraftstoffe hinsichtlich ihrer Eigenschaften fokussiert auf den eigentlichen Bedarf eines speziellen Verbrennungsmotors. Dies ist eine komplett andere Herangehensweise als fossile Kraftstoffe es erlauben. Aus nachhaltigen Grundstoffen kann ein idealer Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor entwickelt werden, dessen CO2-Bilanz zudem neutral ist. Allerdings besteht noch viel Forschungsbedarf.

Was werden Sie nie gefragt, würden Sie aber gerne mal sagen?
Andersherum ist es einfacher: Ich werde ständig gefragt, was wir denn noch an einer so alten Technik wie dem Verbrennungsmotor erforschen wollen, den es doch in 30 Jahren nicht mehr geben werde. Ich sehe aber gerade in der Vielfalt der Antriebstechnologien die Möglichkeit, dass sich die Stärken einzelner Lösungen in ihren jeweiligen Anwendungen durchsetzen können. Ich denke, es wird auch noch in 30 Jahren Verbrennungsmotoren als Antrieb großer und schwerer Fahrzeuge geben. Mit welchem Kraftstoff sie betrieben werden, das steht noch nicht fest.